Abstract One major limitation of neutralizing antibody-based COVID-19 therapy is the requirement of costly cocktails to reduce antibody resistance. We engineered two bispecific antibodies (bsAbs) using distinct designs and compared them with parental antibodies and their cocktail. Single molecules of both bsAbs block the two epitopes targeted by parental antibodies on the receptor-binding domain (RBD). However, bsAb with the IgG-(scFv) 2 design (14-H-06) but not the CrossMAb design (14-crs-06) increases antigen-binding and virus-neutralizing activities and spectrum against multiple SARS-CoV-2 variants including the Omicron, than the cocktail. X-ray crystallography and computational simulations reveal distinct neutralizing mechanisms for individual cocktail antibodies and suggest higher inter-spike crosslinking potentials by 14-H-06 than 14-crs-06. In mouse models of infections by SARS-CoV-2 and the Beta, Gamma, and Delta variants, 14-H-06 exhibits higher or equivalent therapeutic efficacy than the cocktail. Rationally engineered bsAbs represent a cost-effective alternative to antibody cocktails and a promising strategy to improve potency and breadth.

ABSTRACT Human cytomegalovirus (HCMV) encodes for multiple surface glycoproteins and glycoprotein complexes 1, 2 . One of these complexes, the HCMV Pentamer (gH, gL, UL128, UL130 and UL131), mediates tropism to both epithelial and endothelial cells by interacting with the cell surface receptor neuropilin 2 (NRP2) 3, 4 . Despite the critical nature of this interaction, the molecular determinants that govern NRP2 recognition remain unclear. Here we describe the cryo-EM structure of NRP2 bound to the HCMV Pentamer. The high-affinity interaction between these proteins is calcium-dependent and differs from the canonical C-terminal arginine (CendR) binding that NRP2 typically utilizes 5, 6 . The interaction is primarily mediated by NRP2 domains a2 and b2, which interact with UL128 and UL131. We also determine the structures of four human-derived neutralizing antibodies in complex with the HCMV Pentamer to define susceptible epitopes. The two most potent antibodies recognize a novel epitope yet do not compete with NRP2 binding. Collectively, these findings provide a structural basis for HCMV tropism and antibody-mediated neutralization, and serve as a guide for the development of HCMV treatments and vaccines.